發(fā)布時間：2020-06-21 16:16

【摘要】：近年來,以Docker為代表的容器技術,憑借其輕量、敏捷等優(yōu)異特性,正在快速取代虛擬機成為新一代的底層計算模型。在此基礎之上,CNCF以容器編排引擎Kubernetes為核心構建的龐大技術生態(tài)則在穩(wěn)步推動互聯(lián)網(wǎng)底層的傳統(tǒng)架構向云原生架構的演進。然而面對大規(guī)模場景下極端而又復雜的生產(chǎn)環(huán)境,以容器技術為核心的新一代架構體系依舊存在諸多不足。本文針對其中若干核心問題進行了深入研究并提供了切實有效的解決方案,對大規(guī)模場景下,架構的云原生化演進做了初步的探索。容器化是架構演進以及后續(xù)研究工作的前提,雖然容器的“單進程模型”完美契合了應用架構微服務化的未來趨勢。然而它對應用巨大的侵入性使其無法在有著復雜多樣存量應用的大規(guī)模場景順利落地。因此本文提出一種新的“富容器進程模型”,它對現(xiàn)有的應用架構和運維體系具有零侵入性,從而能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模存量業(yè)務的快速容器化。在全面實現(xiàn)容器化之后,面對大規(guī)模的容器部署,傳統(tǒng)的基于主從模式的容器鏡像分發(fā)方式將成為系統(tǒng)的瓶頸所在,并可能進一步影響系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。因此本文對鏡像分發(fā)方式由主從模式向P2P模式的演進進行了深入研究,并基于BitTorrent協(xié)議設計實現(xiàn)了一套全新的具有良好性能和擴展性的鏡像分發(fā)系統(tǒng),較好地規(guī)避了鏡像相關問題可能對系統(tǒng)造成的不良影響。然而大規(guī)模環(huán)境下,單一的容器運行時部署往往無法完全覆蓋復雜多樣的應用場景,因此需要混合部署多種容器運行時以實現(xiàn)場景全覆蓋。但是由于一系列因素導致現(xiàn)有容器標準的建立以及其上生態(tài)的構建都對基于操作系統(tǒng)虛擬化的容器運行時具有明顯的偏向性,網(wǎng)絡方面尤其突出。因此,本文提出通過多級中繼網(wǎng)橋進行二層流量轉(zhuǎn)發(fā)的方法,巧妙實現(xiàn)了多種容器運行時對容器網(wǎng)絡標準CNI以及構建其上的各種容器網(wǎng)絡方案的兼容,從而構建異構網(wǎng)絡用以支持多容器運行時的混合部署。容器層面的技術完備之后,大規(guī)模場景下,容器引擎只有與容器編排調(diào)度系統(tǒng)有效協(xié)同才能真正完全釋放容器化帶來的技術紅利。然而兩者之間無論從設計理念還是實現(xiàn)方式上都存在較大區(qū)別。因此,本文針對兩者的兼容性問題展開研究并解決了其中的若干關鍵問題,從而確保能夠?qū)⒌讓尤萜饕鎻姶蟮墓δ芡ㄟ^容器運行時接口CRI,以標準化的方式傳遞至上層編排調(diào)度系統(tǒng)。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP393.09
【圖文】：

相關技術綜述逡逑？邐自定義調(diào)度器，滿足用戶定制化的調(diào)度需求逡逑當然，Ｋｕｂｅｍｅｔｅｓ優(yōu)良的架構是上述特性得以存在的基礎。如圖２．１所示，作為逡逑一個分布式系統(tǒng)，Ｋｕｂｅｒｎｅｔｅｓ由Ｍａｓｔｅｒ和Ｎｏｄｅ兩類節(jié)點構成。逡逑Ｍａｓｔｅｒ節(jié)點是集群的控制核心，其中的三類組件Ａｐｉ－Ｓｅｒｖｅｒ，逡逑Ｓｃｈｅｄｕｌｅｒ，Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ－Ｍａｎａｇｅｒ分別用于集群的ＡＰＩ服務，調(diào)度服務以及編排逡逑服務。集群的狀態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)一由Ａｐｉ－Ｓｅｒｖｅｒ存儲在分布式鍵值數(shù)據(jù)庫Ｅｔｃｄ中，而逡逑其他組件只能通過訪問Ａｐｉ－Ｓｅｖｅｒ間接獲取Ｅｔｃｄ中的集群狀態(tài)信息。逡逑ｒ邋ｋｕｂｅｃｔｌ〕邐＾邐』逡逑ｖＪ邋ｅｔｃｄ逡逑Ｍａｓｔｅｒ邐￣逡逑ｒ邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＾邐（￣￣Ｔ＂＊邐＾邐￣＾逡逑ｌ邋ｍａｎａｇｅｒ邋Ｊ￣￣NB邋叩卜ｓｅｒｖ葉￣￣［邋ｓｃｈｅｄｕｌｅｒ邋Ｊ逡逑／邋ｉ邋＼逡逑Ｎｏｄｅ邋．．．．邋Ｎｏｄｅ邋．．．．邋Ｎｏｄｅ逡逑圖２．１邋Ｋｕｂｅｍｅｔｅｓ總體架構逡逑與本文研究內(nèi)容關系更為密切的是Ｎｏｄｅ節(jié)點。提交給Ｋｕｂｅｒｎｅｔｅｓ集群的任逡逑務，通過Ｍａｓｔｅｒ節(jié)點的編排調(diào)度，最終落實到Ｎｏｄｅ節(jié)點創(chuàng)建運行服務相關的容逡逑器。如圖２．２所不，在Ｎｏｄｅ節(jié)點上，Ｋｕｂｅｒｎｅｔｅｓ的原生組件為Ｋｕｂｅ－Ｐｒｏｘｙ和逡逑Ｋｕｂｅｌｅｔ。其中Ｋｕｂｅ－Ｐｒｏｘｙ用于對網(wǎng)絡流量進行代理以及進行相關的負載均衡工逡逑作。而Ｋｕｂｅｌｅｔ作為每個節(jié)點的Ｎｏｄｅ邋Ａｇｅｎｔ，具體負責其所在節(jié)點的Ｐｏｄ的生命逡逑周期管理。對于Ｐｏｄ可以暫時將其看作Ｋｕｂｅｍｅｔｅｓ對于容器概念的進一步的抽逡逑象封裝

邐相關技術綜述逡逑圖２．３基于虛擬機的容器技術逡逑事實上，業(yè)界對基于虛擬機的容器技術早有探索。從最早Ｇｏｏｇｌｅ提出的ｎｏｖｍ逡逑（已廢棄）以及發(fā)表在ＳＯＳＰ’１７上對于ＬｉｇｈｔＶＭ［２３］的相關研宄，再到Ｈｙｐｅｒ．ｓｈ逡逑的ｍｎＶ和Ｉｎｔｅｌ的ＣｌｅａｒＣｏｎｔａｉｎｅｒ項目，以及最終結合兩者優(yōu)勢合并而成的Ｋａｔａ逡逑Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ?qū)υ撛O想的最終落地，該領域的發(fā)展一直連續(xù)而平穩(wěn)。逡逑Ｋａｔａ邋Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ作為基于虛擬機的容器技術的集大成者，它在提供接近容器逡逑的體驗和性能的同時保證了虛擬機級別的安全性和隔離性。另外，它被設計為可逡逑以無感運行于多種ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ邋（ＫＶＭ，Ｘｅｎ）之上并且與ＯＣＩ容器技術標準兼容，逡逑有效地保證了其通用性。逡逑Ｋａｔａ邋Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ的架構如圖２．４２所示

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本文編號：2724317